004 Datenverarbeitung; Informatik
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Die Zeitschrift c't stellte in der Ausgabe 02/2006 einen Bausatz für einen kleinen mobilen Roboter vor, den c't-Bot, der diese Studienarbeit inspirierte. Dieser Bausatz sollte die Basis eines Roboters darstellen, der durch eine Kamera erweitert und mit Hilfe von Bildverarbeitung in der Lage sein sollte, am RoboCupSoccer-Wettbewerb teilzunehmen. Während der Planungsphase veränderten sich die Ziele: Statt einem Fußballroboter sollte nun ein Roboter für die neu geschaffene RoboCup-Rescue-League entwickelt werden. In diesem Wettbewerb sollen Roboter in einer für sie unbekannten Umgebung selbstständig Wege erkunden, bzw. Personen in dieser Umgebung finden. Durch diese neue Aufgabenstellung war sofort klar, dass der c't-Bot nicht ausreichte, und es musste ein neuer Roboter entwickelt werden, der mittels Sensoren die Umgebung wahrnehmen, durch eine Kamera Objekte erkennen und mit Hilfe eines integrierten Computers diese Bilder verarbeiten sollte. Die Entstehung dieses Roboters ist das Thema dieser Studienarbeit.
iProcess
(2006)
Das performante Rendering großer Volumendaten stellt trotz stetig gestiegener Prozessorleistungen nach wie vor hohe Anforderungen an jedes zugrunde liegende Visualisierungssystem. Insbesondere trifft dies auf direkte Rendering-Methoden mithilfe des Raycasting-Verfahrens zu, welches zum einen eine sehr hohe Qualität und Genauigkeit der generierten Bilder bietet, zum anderen aber aufgrund der dafür nötigen hohen Abtastrate relativ langsam ist. In dieser Studienarbeit wird ein Verfahren zur Beschleunigung des Raycasting- Visualierungsansatzes vorgestellt, das auf adaptivem Sampling beruht. Dabei werden statische Volumendaten zunächst in einem Vorverarbeitungsschritt einer Gradientenanalyse unterzogen, um so ein Interessensvolumen zu erstellen, das wichtige und weniger wichtige Bereiche kennzeichnet. Dieses Volumen wird anschließend von einem Raycaster genutzt, um adaptiv für jeden Abtaststrahl die Schrittweite zu bestimmen.
Die Leistungsfähigkeit moderner Graphikkarten steigt zur Zeit schneller an, als die von CPUs. Dabei kann diese Leistung nicht nur zur Darstellung von 3D Welten, sondern auch für allgemeine Berechnungen (GPGPU) verwendet werden. Diese Diplomarbeit untersucht daher, ob mit Hilfe der GPU Volumendaten schneller gefiltert werden können, als mit der CPU. Dies soll insbesondere am Beispiel von Rausch-Filtern, die auf Videosequenzen angewendet werden, untersucht werden. Dabei soll das Video als Volumen repräsentiert und mit Volumenfiltern gefiltert werden. So soll eine höhere Qualität und eine kürzere Berechnungszeit als mit herkömmlichen CPU und Frame-basierten Verfahren erreicht werden, insbesondere auch bei den z.Z. stark aufkommenden hochauflösenden HDTV-Standards. Das Framework soll jedoch nicht auf Videosequenz-Bearbeitung beschränkt sein, sondern so konzipiert werden, dass es z.B. in bestehende Volumenvisualisierungssysteme integriert werden kann. Das Ziel der Arbeit ist die Einarbeitung in die notwendigen theoretischen Grundlagen, daran anschließend die prototypische Implementierung des Frameworks mit abschließender Bewertung der erreichten Ergebnisse insbesondere der Geschwindigkeit im Vergleich zu existierenden Systemen.
Die moderne Bildgebung in der Medizin arbeitet oft mit Daten höheren Tonwertumfangs. So haben beispielsweise Bilder aus CT-Geräten einen Dynamikbereich von 12 Bit, was 4096 Graustufen entspricht. Im Bereich der photorealistischen Computergrafik und zunehmend in der Bildverarbeitung sind Bilddaten viel höheren Tonwertumfangs üblich, die als HDR-Bilder (High Dynamic Range) bezeichnet werden. Diese haben eine Bittiefe von 16, oftmals sogar 32 Bit und können dadurch sehr viel mehr Informationen speichern, als herkömmliche 8-Bit-Bilder. Um diese Bilder auf üblichen Monitoren darstellen zu können, muss man die Bildinformation auf den Tonwertumfang des Ausgabegerätes abbilden, was man als Tonemapping bezeichnet. Es existieren zahlreiche solcher Tonemapping-Verfahren, die sich durch ihre Arbeitsweise, Geschwindigkeit und visuelle Qualität unterscheiden lassen. Im Rahmen dieser Studienarbeit sollen Tonemapping-Verfahren auf medizinische Bilddaten angewendet werden. Dabei soll sowohl die visuelle Qualität, als auch die Geschwindigkeit im Vordergrund stehen.
Die Planung in Form eines visuellen Entwurfs ist schon seit jeher Bestandteil des Prozesses der Entwicklung von Artefakten aller Art. Heutzutage wird der visuelle Entwurf zukuenftiger Produkte mithilfe von CAD-Systemen umgesetzt. Im ersten Teil der Arbeit wird daher ein einfaches System implementiert und erlaeutert, das die grundlegenden Funktionen umsetzt, die auch in professionellen CAD-Systemen unerlaesslich sind. Im zweiten Teil werden ueber die Grundfunktionen hinaus ausgewaehlte Algorithmen der parametrischen Modellierung vorgestellt, die die Grundlage fuer die leistungsfaehigen, flexiblen und produktiven Systeme im modernen computer-unterstuetzten Entwurf bilden.
Program slicing is a technique for extracting that parts of a program which influence a previously defined, so-called slicing criterion. The latter mostly takes the form of a source code statement and a set of variables. Over the years an abundance of variants and enhancements has evolved from the original notion of a program slice. One of these developments is called chopping. A chop only contains those statements which are necessary to sustain the effects of a certain statement on another statement. Corresponding to the slicing criterion, the two statements have to be available in advance. This diploma thesis deals with the development of a service model in order to support the computation of a slice or a chop, given an original program and a slicing or chopping criterion respectively. A service model is a framework of communicating services so that each service performs a specific task within the concept of program slicing. The three main tasks, without considering further decomposition, are the mapping of program code into a representation suitable for slicing, the slicing itself and the display of the slice as code. The key benefit of service-orientation is that a service encapsulates the underlying algorithms. Hence the possibility of improving or substituting them without changing the interfaces of the related service relieves the developer of the need of adapting adjoining services. Thus, service-orientation fosters maintainability and improvability. Besides the definition of the services, this thesis also partially formally defines the data flow between them, i.e. their interfaces. It also features graph class definitions for most data structures. An accurate description of the interfaces encourages reuse, provided the services are of adequate granularity.
Die vorliegende Diplomarbeit thematisiert die quantitative Analyse und die Visualisierung von Infarktgewebe des linken Herzmuskels. Im Mittelpunkt der Untersuchung steht das Ausmaß der Narbe und deren Deformation ueber den Herzzyklus. Fuer die Narbenausdehnung stehen so genannte Late-Enhancement-Daten zur Verfuegung, die das avitale Gewebe durch ein Kontrastmittel hervorheben. Anhand von automatisierten Verfahren wird die Narbe aus den Bilddaten extrahiert und auf ihre Groesse, Lokalisation und Transmuralitaet quantifiziert. Die Transmuralitaet gibt dabei das lokale Verhaeltnis zwischen der Herzwand- und der Narbenbreite an. Des Weiteren wird die Narbe für die Beurteilung der Beschaffenheit dreidimensional in dem Analysefenster dargestellt. Der Mediziner kann durch das entwickelte Verfahren innerhalb kuerzester Zeit Aussagen ueber das Ausmass und den Ursprung des Herzinfarktes treffen und zudem die Ergebnisse durch verschiedene visuelle Darstellungen kontrollieren. Die Deformation des Narbengewebes über den Herzzyklus und deren Integration mit den dynamischen Cine-Daten wurde bereits in einer vorangegangenen Diplomarbeit umgesetzt. Im Rahmen dieser Arbeit wird eine visuelle Verbesserung der Deformationsergebnisse angestrebt, die das Narbengewebe aus den Volumendaten extrahiert. Das avitale Gewebe wird durch das Eliminieren von uninteressanten Bildinformationen hervorgehoben und verbessert somit die visuelle Analyse der Narbendeformation ueber den Herzzyklus. Beide Verfahren liefern eine detaillierte und eindeutige Analyse des Infarktgewebes, die die manuelle Untersuchung in der klinischen Praxis ergaenzen kann.
Ein Interpreter für GReQL 2
(2006)
Im Rahmen dieser Diplomarbeit wird die Auswertungskomponente fuer die Graphanfragesprache GREQL 2, welche von Katrin Marchewka beschrieben wurde, entworfen, welche Anfragen diese Sprache interpretiert. Die Auswertungskomponente besteht aus den Bausteinen Auswerter, Parser, Optimierer, Funktionsbibliothek und dem Containerframework JValue. Der Parser wurde bereits von Katrin Marchewka implementiert, der Optimierer bleibt einer Anschlußarbeit vorbehalten. Innerhalb dieser Arbeit werden die Bausteine Auswerter, Funktionsbibliothek und JValue als Prototypen implementiert. Aufgrund der Erfahrungen mit der Auswertungskomponente fuer den GREQL 2-Vorgaenger GREQL 1 ist das Primaerziel dieser Arbeit der Entwurf einer sauberen, klaren, erweiterbaren und zukunftsfähigen Architektur, wobei die aktuellen Prinzipien der Softwaretechnik beüecksichtigt werden sollen.
Partielle Wissenskompilation
(2006)
Viele Probleme in der Aussagenlogik sind nur sehr aufwändig lösbar. Ist beispielsweise eine Wissensbasis gegeben, an die wir Anfragen stellen, wollen, so kann dies mitunter sehr mühsam sein. Um trotzdem effizient Anfragen beantworten zu können, hat sich die Vorgehensweise der Wissenskompilation entwickelt. Dabei wird die Lösung der Aufgabe in eine Offline- und eine Online-Phase aufgeteilt. In der Offline-Phase wird die Wissensbasis präkompiliert. Dabei wird sie in eine bestimmte Form umgewandelt, auf der sich die erwarteten Anfragen effizient beantworten lassen. Diese Transformation der Wissensbasis ist meist sehr aufwändig, muss jedoch nur einmalig durchgeführt werden. In der darauffolgenden Online-Phase können nun effizient Anfragen beantwortet werden. In dieser Diplomarbeit wird eine spezielle Normalform, die sich als Zielsprache der Präkompilation anbietet, untersucht. Außerdem wird die Präkompilation so in einzelne Schritte unterteilt, dass möglicherweise bereits nach einigen Teilschritten Anfragen beantwortet werden können.
Die vorliegende Arbeit bietet ein Konzept für die Implementierung eines Web-Usage-Mining-Systems. Besonderer Schwerpunkt der Arbeit ist die Orientierung an Anwendungsgebieten mit hohem Besuchsaufkommen. Dazu liefert die Arbeit einen Ueberblick ueber ausgewaehlte Messmethoden und Erfassungstechniken für die Nutzungsanalyse von Web-Zugriffen und bietet zu den einzelnen Aspekten Strategien an, die auch bei hohem Datenaufkommen pertinente Speicher- und Abfragekomplexitaet gewaehrleisten.
In den letzten Jahren konzentrierte sich das E-Government auf die administrativen Aspekte der Verwaltungsmodernisierung. Im nächsten Schritt werden die E-Diskurse als Instrument der Bürgernähe und Mittel der E-Demokratie/E-Partizipation an Bedeutung gewinnen. Mit zunehmender Akzeptanz solcher E-Diskurse werden diese schnell eine Komplexität erreichen, die von den Teilnehmern nicht mehr zu bewältigen ist. Das Problem liegt in der eingeschränkten Möglichkeit, einen in Raum und Zeit verteilten Diskurs zu verfolgen und sich ein Bild von ihm zu machen. Viele Eindrücke, die sich aus Präsenzdiskussionen gewinnen lassen, fehlen. Deswegen hat die vorliegende Arbeit die Zielsetzung der Konzeption und der prototypischen Implementierung eines Instrumentariums (Diskursmeter), womit sich die Teilnehmer, insbesondere die Moderatoren, des E-Diskurses jederzeit einen Überblick über den E-Diskurs schaffen können und so zu ihrem Diskursverständnis (Discourse Awareness) zu gelangen. Über das aktuelle Geschehen im E-Diskurs informiert die gegenwartsorientierte und über das vergangene Geschehen die vergangenheitsorientierte Discourse Awareness, über die etwaige Trends sichtbar sind. Der Fokus der Discourse Awareness liegt in der quantitativen Betrachtung des Geschehens im E-Diskurs. Aus dem in dieser Arbeit entwickelten Modell des E-Diskurses resultieren die Fragestellungen zur Discourse Awareness, deren Konkretisierung Grundlage für die Implementierung des Diskursmeters ist. Die an das Modell des E-Diskurses angebrachten Diskurssensoren zeichnen das Geschehen im E-Diskurs auf, die zu Diskursereignissen führen, die das Diskursmeter in unterschiedlichen Visualisierungsformen präsentiert. Den Moderatoren des E-Diskurses bietet das Diskursmeter die gegenwartsorientierte Discourse Awareness als Monitoring und die vergangenheitsorientierte Discourse Awareness als Abfrage (quantitative Analyse) an.
Der Einsatz von Computern hat in den vergangenen Jahrzehnten die Arbeitsweise von Sozialwissenschaftlern nachhaltig verändert. Es ist wohl nicht übertrieben zu behaupten, daß die Verbreitung und zunehmende Bedienungsfreundlichkeit von Rechenanlagen und statistischen Auswertungsprogrammen der empirischen Sozialforschung als vorherrschender Forschungsstrategie erst zum Durchbruch verholfen haben. Mit der steigenden Bedeutung von Computern im sozialwissenschaftlichen Forschungsprozeß ist auch eine neue Wissenschaftsdisziplin entstanden, die sich schwerpunktmaßig mit der Adaption und Anwendung von Werkzeugen und Methoden der Informatik in der sozialwissenschaftlichen Forschung beschäftigt: die Sozialwissenschaftliche Informatik. Das vorliegende Skript ist aus einer Reihe von Vorlesungen hervorgegangen, die wir für Studierende dieses Anwendungsfaches im Studiengang Diplom-Informatik an der Universität Koblenz-Landau gehalten haben. Im Gegensatz zu vielen anderen Einführungen in die uni- und multivariate Datenanalyse richtet sich die vorliegende Darstellung der statistischen Verfahren in erster Linie an fortgeschrittene Anwender der "klassischen" statistischen Methoden, die sich einen Überblick über die mathematischen Grundlagen der angewandten Methoden verschaffen und bei der Interpretation ihrer Analyseergebnisse die Fallstricke rezeptbuchartiger Einführungen vermeiden möchten. Dieses elektronische Dokument ist die geringfügig überarbeitete Fassung des 1994 erschienenen Buches, welches seit langem vergriffen ist.